电容触摸技术作为一种实用、时尚的人机交互方式，已经被广泛地应用到各种电子产品，小到电灯开关，大到平板电脑、触摸桌等。随之而来的是考验产品设计者如何发挥智慧，在把产品用户界面设计得方便简洁的同时又能呈现产品绚丽的外观，从而带来良好的用户体验。LED 显示由于界面友好、可以实时反映触摸的位置信息，在电容触摸产品设计中得到广泛应用。本设计正是利用了大量的 LED 来实现呼吸灯、轨迹灯的特效，可以为例如灯光、音量、温度等带有调节功能的产品提供设计参考。

一、电容触摸实现原理

MSP430 根据型号的不同支持多种电容触摸检测方式，有 RC 振荡、比较器、PIN RO 等，本设计使用的是 PIN Relaxation Oscillator 方式，原理如图 1 所示：芯片管脚内部检测电路由施密特触发器、反相器以及一个电阻组成，振荡信号经过施密特触发器变成脉冲信号，再通过反相器反馈回 RC 电路；通过 Timer_A 对施密特触发器的输出进行计数，再通过设置测量窗口 Gate 获得计数的结果。当手指触摸电极时，电极上的 C 产生变化，导致振荡频率改变，这样在定长的测量窗口就能获得不同的计数结果；一旦差值超过门限，结合一定的滤波算法判断就可以触发触摸事件。

图 1　PIN RO 原理

二、LED PWM 驱动方案实现

要实现 LED 呼吸的效果，就要求对 LED 进行 PWM 调光；而要实现轨迹灯的效果，每一路 LED 必须是独立的 PWM 控制。本应用由于使用了 24 个 LED 灯，需要 24 路的 PWM 输出控制，而 MSP430G2955 有 32 个 I/O 口，通过 I/O 口配合 TIMER 定时器，足够支持 24 路的软件 PWM 输出。本实例采用德州仪器 MSP430G2955，通过 6 个 I/O 完成电容触摸检测，24 个 I/O 驱动 24 路 LED，并预留了通信口，设计实例如图 2 所示。

图 2　实例演示

三、电路设计

MCU 电路如图 3 所示：MCU 通过一个 5 V 转 3.3 V 的 LDO 给 VCC 供电，使用 LDO 的目的是为了保证电源的稳定，让触摸电路在检测信号时不会因为电源的噪声产生过大的信号偏差；电极上串的电阻作为 ESD 保护器件，如果在产品结构设计合理的情况下可以省去；电路中预留了 UART 口与主控系统通信。

图 3　MCU 电路

LED 驱动部分电路如图 4 所示：由于每一个 LED 的电流在 10 mA 左右，24 个 LED 如果同时亮就有 240 mA，无法通过 MCU I/O 口直接驱动，因此在每个 LED 上加一个三极管以及限流电阻，实现 24 路 LED 的控制。

图 4　LED 驱动电路

本文介绍了使用 MSP430G 系列单芯片实现电容触摸转轮和 24 路独立 PWM 输出 LED 控制的方案，在一些需要低成本、又要对多种 LED 特效进行控制的场合有很大使用价值。MSP430 系列单片机以低功耗和外设模块的丰富性而著称，而针对电容触摸应用，MSP430 的 PIN RO 电容触摸检测方式支持 I/O 口直接连接检测电极、不需要任何外围器件，极大地简化了电路设计；本设计文档中使用的 MSP430G2XX5 更支持多达 32 个 I/O 口，可驱动 24 个以上的 LED 灯，达到理想的显示效果。MSP430 电容触摸转轮方案通过 4 个 I/O 口完成 4 个通道的电容检测，配合特殊的电极图形，就可实现转轮的设计。